Вперше спостерігався рентгенівський вибух на білому карлику

Коли зорі, подібні до нашого Сонця, витрачають все своє паливо, вони стискаються, утворюючи білі карлики. Іноді такі мертві зорі повертаються до життя у надгарячому вибуху та виробляють кульовий спалах рентгенівського випромінювання.

Дослідницька група з кількох інститутів вперше змогла спостерігати такий вибух рентгенівського випромінювання, розповідають в Тюбінгенському університеті, передають OstanniPodii.com.

“Певною мірою це був вдалий збіг”, - пояснює Оле Кеніг, перший автор опублікованої в журналі Nature роботи. Дослідження проводилося за участю вчених з Тюбінгенського університету, Інституту позаземної фізики імені Макса Планка, Політехнічного університету Каталонії в Барселоні та Інституту астрофізики імені Лейбніца в Потсдамі під керівництвом Університету Ерлангена-Нюрнберга (FAU).

“Ці рентгенівські спалахи тривають лише кілька годин, і їх практично неможливо передбачити, але інструмент для спостереження має бути спрямований прямо на вибух у точно визначений час”, - розповів астрофізик.

У цьому випадку таким інструментом є рентгенівський телескоп eROSITA, який зараз знаходиться за півтора мільйона кілометрів від Землі та з 2019 року веде спостереження за небом на предмет м'якого рентгенівського випромінювання. 7 липня 2020 року він зафіксував сильне рентгенівське випромінювання в тій області неба, яка за чотири години до цього була зовсім непомітною. Коли рентгенівський телескоп обстежив те саме місце на небі ще через чотири години, випромінювання зникло. З цього випливає, що рентгенівський спалах, який раніше повністю пересвітив центр детектора, повинен був тривати менш як вісім годин.

Подібні рентгенівські вибухи були пророковані теоретичними дослідженнями понад 30 років тому, але досі ніколи не спостерігалися безпосередньо. Такі спалахи рентгенівського випромінювання відбуваються на поверхні зірок, які раніше були порівняні за розміром із Сонцем, але потім витратили більшу частину свого палива — переважно водню, а потім гелію, глибоко всередині своїх ядер. Ці зоряні трупи стискаються, поки не залишаються білі карлики, які за розміром схожі на Землю, але мають масу, яка може бути такою самою, як у нашого Сонця. “Один зі способів уявити ці пропорції — подумати, що Сонце розміром з яблуко, а Земля розміром зі шпилькову голівку, що обертається навколо яблука на відстані 10 метрів”, - пояснює Йорн Вільмс, другий автор роботи.

“Ці так звані нові відбуваються постійно, але виявити їх у перші моменти, коли виробляється велика частина рентгенівського випромінювання, дуже складно”, - додає доктор Віктор Дорошенко, один з авторів роботи. “Складність представляє не тільки коротка тривалість спалаху, але й той факт, що спектр рентгенівських променів, що випускаються, дуже м'який. М'які рентгенівські промені не дуже енергійні та легко поглинаються міжзоряним середовищем, тому ми не можемо бачити дуже далеко в цьому діапазоні, що обмежує кількість спостережуваних об'єктів, чи то нова, чи звичайна зірка. Телескопи зазвичай призначені для роботи в більш жорстких рентгенівських променях, де поглинання менш важливе, і саме з цієї причини вони можуть пропустити таку подію”, - робить висновок Віктор Дорошенко.

Зоряні трупи схожі на дорогоцінне каміння

З іншого боку, якби ви зменшили яблуко до розмірів шпилькової голівки, ця крихітна часточка зберегла б порівняно більшу масу яблука. “Чайна ложка речовини зсередини білого карлика може мати таку ж масу, як велика вантажівка”, - продовжує Йорн Вільмс. Оскільки ці згорілі зорі складаються в основному з кисню та вуглецю, ми можемо порівняти їх з гігантськими алмазами, які за розміром рівні Землі й плавають у космосі. Ці об'єкти у вигляді дорогоцінного каміння настільки гарячі, що світяться білим світлом, проте випромінювання настільки слабке, що його важко виявити із Землі.

Новини за подібною темою:

		Астрономи знайшли незвичайну померлу зірку: одна її сторона з водню, інша - з гелію
		Астрономи відкрили бінарну систему з білим карликом до-низької маси
		Астрономи виявили незвичайний білий карлик-попередник наднової

Це так, якщо білий карлик не супроводжується зіркою, яка все ще горить, і разом з тим величезне гравітаційне тяжіння білого карлика витягує водень з оболонки супутньої зірки. “Згодом цей водень може зібратися та утворити шар завтовшки всього кілька метрів на поверхні білого карлика”, - пояснює Йорн Вільмс. У цьому шарі величезне гравітаційне тяжіння створює величезний тиск, який настільки великий, що змушує зірку розгорітися знову. У результаті ланцюгової реакції невдовзі відбувається потужний вибух, під час якого шар водню здувається. Рентгенівське випромінювання такого вибуху й потрапило в детектори eROSITA 7 липня 2020 року, створивши переекспоноване зображення.

“Фізичне походження рентгенівського випромінювання, що виходить з атмосфер білих карликів, відносно добре вивчене, і ми можемо моделювати їх спектри з перших принципів і в дрібних деталях. Порівняння моделей зі спостереженнями дозволяє нам дізнатися основні властивості цих об'єктів, такі як маса, розмір чи хімічний склад”, - пояснює доктор Валерій Сулейманов, ще один автор роботи.

“Однак у даному конкретному випадку проблема полягала в тому, що після 30 років відсутності фотонів у нас їх раптом стало надто багато, що спотворило спектральний відгук eROSITA, який був розроблений для виявлення мільйонів дуже слабких об'єктів, а не одного, але дуже яскравого”, – додає Віктор Дорошенко.

“Використовуючи модельні розрахунки, які ми на спочатку склали при розробці рентгенівського приладу, ми змогли детальніше проаналізувати переекспоноване зображення в ході складного процесу, щоб отримати залаштунковий погляд на вибух білого карлика, або нової”, - пояснює Йорн Вільмс.

Згідно з отриманими результатами, маса білого карлика приблизно дорівнює масі Сонця й тому відносно велика. Внаслідок вибуху утворився кульовий спалах з температурою близько 327 000 Кельвінів, що робить його приблизно у 60 разів гарячішою за Сонце. “Ці параметри були отримані шляхом об'єднання моделей рентгенівського випромінювання з моделями випромінювання, що випускається дуже гарячими білими карликами, створеними в Тюбінгені Валерієм Сулеймановим та Віктором Дорошенком, та дуже глибокого аналізу реакції приладів у режимі, що далеко виходить за рамки специфікацій, проведеного у FAU. Я думаю, що це дуже добре ілюструє важливість співпраці у сучасній науці та широкий спектр знань у рамках німецького консорціуму eROSITA”, - додає д-р Клаус Вернер, також співавтор.

Оскільки паливо у цих нових зірок закінчується досить швидко, вони швидко остигають, і рентгенівське випромінювання стає слабшим, поки зрештою не перетворюється на видиме світло, яке досягло Землі через півдня після виявлення eROSITA та було помічено оптичними телескопами. “Потім з'явилася яскрава зоря, яка насправді була видимим світлом від вибуху, причому настільки яскравим, що його можна було побачити на нічному небі неозброєним оком”, - пояснює Оле Кеніг. Такі, здавалося б, "нові зорі", як ця, вже спостерігалися в минулому та були названі "nova stella", або "нова зоря", через їхню несподівану появу. Оскільки ці нові зорі видно лише після рентгенівського спалаху, передбачити такі спалахи дуже важко, і попадання їх у рентгенівські детектори в основному залежить від випадковості. “Нам дуже пощастило”, - каже Оле Кеніг.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• Білий карлик